4 Optické sítě a jejich rozvoj

Zprava 2002: Opticke site a jejich rozvoj

1 of 12

file:///C:/2002.htm

4 Optické sítě a jejich rozvoj V rámci projektu Optické sítě a jejich rozvoj jsme sledovali rozvoj optických sítí pro výzkum a vzdělávání ve světě a podle možností se účastnili mezinárodní spolupráce na vytváření a uplatňování těchto sítí. Po prezentaci našich výsledků na konferenci TERENA v červnu 2002 se ukázalo, že partnerské sítě v zahraničí mají zájem zejména o uplatnění výsledků dosažených při projektování a nasazování dlouhých optických okruhů bez zařízení na trase a o spolupráci na dalším vývoji této metody konstrukce optických sítí, nazývané "Nothing-In-Line (NIL) approach". Kromě toho se nyní stáváme jednou z mála zemí, která má přístup k užití mezinárodních lambda služeb pro výzkum a může se podílet na jejich rozvoji. Vytvořili jsme návrh topologie pro další rozvoj optické sítě CESNET2 a zajistili potřebné datové okruhy, zejména optické. V budování dlouhých optických okruhů bez zesilování či regenerace na trase pro sítě národního výzkumu a vzdělávání (NRENs) získali řešitelé (pokud je nám známo) světový primát a obdobný výsledek slibuje využití jednovláknových meziměstských okruhů. Ke špičkovým výsledkům patří i získání první optické míle do řady dalších uzlů včetně centra sítě, neboť tento problém se stále ve světě považuje za jeden z nejobtížnějších. Velmi důležité práce proběhly na přípravě nasazení WDM systémů. Jejich nasazení (pochopitelně po ověření spolehlivosti) umožní na pronajatých vláknech například použít jednu barvu pro síť CESNET2, další barvy pro přístup na CzechLight nebo jiné experimenty a další například pro projekty spolupráce s výrobci optických zařízení. Začaly též přípravy na zpřístupnění CzechLight pomocí PC směrovačů vyvíjených v rámci tohoto výzkumného záměru. Souhrnně lze konstatovat, že řešitelé projektu Optické sítě a jejich rozvoj dokázali využít příznivých cenových podmínek pro pronájem vláken a nákup telekomunikačních služeb a dosáhli významnějších cílů, než projekt předpokládal, zejména zřízení CzechLight zapojení do prací TF-NGN a mezinárodního projektu SERENATE zřízení gigabitových NIL okruhů sítě CESNET2 v délce 189 a 169 km získání první optické míle do dalších uzlů sítě CESNET2 příprava meziměstských jednovláknových okruhů

4.1 Mezinárodní spolupráce a globální lambda síť V řešení došlo k významné změně, když se díky úspěšným výběrovým řízením a poklesu cen zahraniční konektivity podařilo kontrahovat na 6 měsíců lambda službu 2,5 Gb/s ze sídla CESNETu do NetherLight v Amsterodamu a objednat optický transportní systém Cisco 15454, užívaný již v NetherLight, CERN, StarLight a Canet4. Po šesti měsících lze službu prodloužit nebo povýšit na 10 Gb/s. Uzel lambda sítě v Praze nazýváme CzechLight a jeho realizace právě probíhá. Tím se staneme jednou z mála zemí na světě, která bude mít přístup k mezinárodním lambda službám pro výzkum.

Obrázek 4.1: Globální lambda síť (velký obrázek) CzechLight bude v první fázi přístupný přes čtyři rozhraní GE a bude využit zejména pro výzkum v oblasti síťových služeb, pro přenosy dat mezi CERNem nebo Fermi-Lab a pracovištěm fyziky částic v Praze a pro propojování superpočítačových systémů v Evropě a USA (TeraGrid s páteří 4 × 10 GE mezi Chicagem a LA bude asi největší). Při analýze dalších možností využití této služby se soustřeďujeme zejména na zjištění požadavků na velké objemy přenosu dat do/ze zahraničí na vnitrostátní pracoviště a bariér jejich realizace. Pro navázání pracovních kontaktů s dalšími potenciálními uživateli jsme rozeslali dopis statutárním zástupcům členů sdružení s počátečním dotazníkem. Předpokládáme i postupné zpřístupnění CzechLight z Brna, Plzně a Ostravy s využitím experimentálních vláknových tras a případné zpřístupnění pomocí VPN sítě CESNET2.

8.12.2006 9:35


2 of 12

file:///C:/2002.htm

CzechLight lze zpřístupnit i pro zahraniční partnery za obdobných podmínek, jaké jsme obdrželi pro přístup na NetherLight a StarLight, tj. pokud se budou přiměřeně podílet na nákladech s tím spojených (předběžně je zájem z Polska a ze Slovenska). K těmto účelům lze využít i vláken na trase Praha-Brno-Český Těšín a vláken typu G.655 na meziměstské části trasy Praha-Brno (všechna ostatní vlákna uváděná v této zprávě jsou klasická, tj. typu G.652), která řešitelé získali pro experimentální účely. Zabýváme se též otázkou získání finanční podpory EU pro tento mezinárodní projekt propojování lambda služeb.

Obrázek 4.2: Příklad využití lambda služeb

4.1.1 Příprava projektu ASTON Na základě původní nabídky společnosti FLAG Telecom, disponující transatlantickými optickými kabely, se účastníci projektu zapojili do přípravy projektu ASTON (A Step Towards Optical Networking), koordinovaného organizací TERENA. FLAG Telecom však měl finanční obtíže a nyní pracuje v omezeném rozsahu (například zatím nebuduje uzel ve Frankfurtu a. M., který jsme měli využívat). Návrh projektu byl využit jako základ Expression of Interest (EoI) TERENA pro 6. rámcový program Evropské unie. Z iniciativy Evropské komise se uskutečnilo 15. října 2002 setkání autorů EoI z této oblasti v Turině se závěrem, že projekt odpovídá požadavkům. Vzhledem k tomu, že projekty této tématické skupiny budou zahájeny až v polovině roku 2004, dohodli se zástupci ASTONu, že do té doby budou související aktivity probíhat v rámci výzkumného programu TF-NGN. Na jednání TF-NGN 17. října 2002 řešitelé přednesli příspěvek a byli vyzváni ke zpracování návrhu plánu aktivity pro rok 2003 s názvem "10 GE over Long Distance". Plán byl předložen 15. listopadu 2002. V rámci přípravy ASTON se vedoucí projektu také zúčastnil části jednání projektu TERENA SERENATE s výrobci optických zařízení. Pro účely přípravy původního návrhu projektu ASTON jsme získali nabídku mezinárodních vláken, která ilustruje možnosti mezinárodního pronájmu vláken. Délka Cena Cena Délka Trasa vlákna instalace pronájmu pronájmu [km] [Euro] [km/pár/měsíc] [roky] Praha-Vohburg (D) 390 0 40 0 Vohburg-Frankfurt a M. (D) 632 53 745 100 5 65 15 Vohburg-München (D) 135 32 247 54 5 32 15 Praha-Ropice 525 0 40 1 Ropice-Bielsko Biala (PL) 70 0 50 1

8.12.2006 9:35


3 of 12

Ropice-Warszava (PL) Praha-hraniceCZ/SK hranice CZ/SK-Bratislava hranice CZ/SK-hranice SK/A hranice SK/A-Wien (A)

550 390 139 186 106

file:///C:/2002.htm

0 0 0 0 0

40 40 40 40 100

1 1 1 1 5

Tabulka 4.1: Mezinárodní okruhy V rámci mezinárodní spolupráce jsme také na žádost Institutu Maxe Plancka pro fyziku z Mnichova přispěli k přípravě projektu regionální výzkumné a vzdělávací sítě v jihovýchodní Evropě. Stav řešení v tomto regionu ukazuje obrázek 4.3.

Obrázek 4.3: Stav regionální sítě v jihovýchodní Evropě (velký obrázek) Ze závěrečného doporučení semináře citujeme: "Preference is expressed to establish sustainable cross-border connections on new dark fibre with low running costs. The technical model of the Czech academic network is considered as a guiding example in defining technical solutions."

4.2 Optická síť národního výzkumu a vzdělávání CESNET2 V roce 2002 intenzivně pokračovaly zejména práce na přeměně sítě CESNET2 na optickou. Zjednodušení vzájemných vazeb mezi rozvojem topologie a směrovačů sítě jsme dosáhli vypracováním návrhu generického schématu sítě CESNET2, které specifikuje vlastnosti sítě považované za dlouhodobě neměnné. Na základě tohoto modelu jsme zpracovali návrh implementačního schématu, které bylo projednáno na semináři řešitelů. Spoluúčast pracovníků provozu a správců nejvýznamnějších uzlů tak přinesla velmi dobré výsledky, i když nebyla snadná.

4.2.1 Generická struktura sítě Generická struktura sítě je model určující základní typy, funkce a způsob propojování směrovačů, které jsou v působnosti sdružení CESNET - tj. jsou jeho majetkem nebo mu jsou pronajaty, zapůjčeny apod. Struktura páteře Páteř tvoří několik kruhů, každý s 3-4 páteřními uzly (P směrovači). Vzhledem k nákladnosti páteřních uzlů je jejich počet omezen. Přístup do zahraničí a do NIXu je zajišťován z Prahy, kde je pro zvýšení spolehlivosti umístěna dvojice páteřních směrovačů. P směrovače jsou "hloupé". Zajišťují jen základní směrovací funkce, bez komplikovaných nadstaveb. Zato jsou velmi rychlé a zvládají značnou datovou zátěž. Přístupové rozhraní Přístup k páteři je realizován výhradně PE směrovači - místními nebo vzdálenými (přibližně do 300 km). Jeden PE směrovač může mít přístup na více P směrovačů (je-li to potřebné a ekonomicky přijatelné). PE směrovač může být připojen na P směrovače v různých kruzích. V PE směrovačích jsou realizovány "chytré" služby sítě, jako jsou virtuální privátní sítě, filtrování paketů a podobně. Opatřují datagramy MPLS značkami a připravují je tak na rychlou přepravu sítí P směrovačů.

4.2.2 Uživatelské rozhraní Uživatelé (členové a přímo připojení účastníci nebo jejich jednotlivá detašovaná pracoviště) se připojují k PE směrovači nebo CE směrovači. CE směrovač nemusí poskytovat plné služby (např. VPN) a má přístup jen na jeden PE směrovač. Na jeden PE směrovač může být připojeno více CE směrovačů. CE směrovač může být na PE směrovač připojen lokálně nebo na větší vzdálenost (přibližně

8.12.2006 9:35


4 of 12

file:///C:/2002.htm

do 100 km).

4.2.3 Změny generické struktury Generická struktura je dlouhodobě stabilní vlastností sítě. Změny generické struktury jsou podstatným zásahem do struktury okruhů, hardware a software a musí být projektovány se značným předstihem (např. ročním). Za změny generické struktury se nepovažuje zvýšení počtu CE směrovačů, PE směrovačů, zřízení vícenásobného přístupu pro PE směrovač, zvýšení počtu kruhů páteře nebo zvýšení počtu P směrovačů (ne však nad čtyři v jednom kruhu). Takové změny jsou omezeny zejména jejich přijatelností z ekonomického hlediska.

4.2.4 Uplatňování výsledků výzkumu a vývoje Generický model dává možnost ověřovat v provozním režimu nové typy směrovačů, okruhů a jiných zařízení (např. optických zesilovačů) v místech, kde existuje propojení také jinou cestou. Konkrétní postupy se v jednotlivých případech stanoví dohodou pracovníků provozu a výzkumu.

4.3 Uplatnění generické struktury Po dohodě o generické struktuře sítě CESNET2 jsme domluvili postup jejího uplatnění ve stávající síti. Cílový stav pro rok 2003 znázorňuje obrázek 4.4.

Obrázek 4.4: Cílový stav sítě CESNET2 pro rok 2003 Uvedené úpravy topologie lze provést s využitím dosavadních směrovačů GSR 12016 jako páteřních a bez nákupu dalších nákladných karet OC-48. Páteřní okruhy do Ústí n. L. budou realizovány gigabitovým Ethernetem. Po projednání návrhu rozpočtu na rok 2003 a získání dalších nabídek na pronájem vláken je patrno, že v uvedené implementaci bude třeba udělat menší úpravy, generické schéma však pravděpodobně nebude nutné měnit.

4.4 Přechod sítě CESNET2 na optická vlákna Dosavadní výběrová řízení i mezinárodní porovnání potvrdila důležitost přechodu okruhů sítě CESNET2 na pronájem optických vláken. Nejpokročilejší výzkumné a vzdělávací sítě získávají vlákna do vlastnictví nebo si je pronajímají na 10 až 20 let. Pro úseky dlouhé desítky a stovky kilometrů je to již celkem běžné, nový je projekt National LightRail v USA s pronájmem vláken dlouhých několik tisíc kilometrů (trasa San Diego-Seatle se dokončuje, trasa Seatle-New York má být zprovozněna v polovině příštího roku). Měsíční ceny pronájmu jsou nižší pro dlouhodobější smlouvy. Vzhledem k situaci na trhu telekomunikačních služeb se neočekává, že by nabídky byly v budoucnosti nižší a proto by bylo z tohoto hlediska výhodné uzavírat smlouvy na co nejdelší dobu (20 let). Na druhé straně však existuje riziko, že z hlediska vývoje sítě budou potřebné jiné trasy, že se změní umístění pracovišť členů a že pro vyšší rychlosti (10 Gb/s a výše) budou na dlouhých trasách potřebné jiné typy vláken (například G.655). Po zvážení uvedených výhod a rizik doporučují řešitelé jako nejvhodnější dobu pronájmu období cca 5 let. Ve všech uvedených zahraničních případech se užívá optické zesilování nebo optoelektronická regenerace na trase. "Nothing-In-Line approach" řešitelů tohoto projektu je v oblasti výzkumných a vzdělávacích sítí unikátní (pokud je řešitelům známo) a projevily o něj zájem NREN z Dánska, Irska, Nizozemí, Polska a Srbska a CERN. V roce 2002 byla předána do provozu optická vlákna na trasách Ostrava-Olomouc, Praha-Plzeň, Praha-Pardubice a Praha-Ústí n. L. Ve všech případech závisel termín řešení na realizaci první míle pro tyto trasy. Pokud nebyl pronájem vláken první míle v příslušné lokalitě možný, realizovali jsme okruh pronájmem lambdy 2,5 Gb/s na 12 měsíců. Důležitými partnery pro pronájmy vláken první míle jsou provozovatelé kabelových televizí a magistráty, které budují optické trasy nebo jsou vlastníky společnosti založené za tím účelem.

8.12.2006 9:35


5 of 12

file:///C:/2002.htm

V prvním pololetí 2002 se také podařilo ukončit provoz nákladných okruhů zřízených na počátku budování gigabitové sítě, byť to v jednom případě (trasa Praha-Liberec) znamenalo přechod od pronájmu vláken na nákup lambda služby. Společná optimalizace ekonomického a technického řešení topologie CESNET2 jedním týmem přinesla výsledek, který nás udržel v Evropě na jednom z předních míst (viz nové Terena Compendium). Ceny služeb pro výzkum a vzdělávání v ČR v prvním pololetí roku 2002 charakterizuje tabulka 4.2 (kurz 32 Kč/Euro). Služba Kapacita Délka [km] Cena [Euro/měsíc] mikrovlny 2 skoky 34 Mb/s do 80 km 2 077 mikrovlny 3 skoky 34 Mb/s do 120 km 3 084 SDH 34 Mb/s 100-500 3 811-9 934 barva 2,5 Gb/s 100-500 8 143-13 029 vlákno do 40 Gb/s 30-500 779-16 286 Tabulka 4.2: Ceny služeb pro výzkum a vzdělávání v ČR v 1. pololetí 2002 Přehled gigabitových okruhů sítě CESNET2 z hlediska způsobu jejich realizace uvádí tabulka 4.3. Ve sloupci regenerace je v ní uveden způsob regenerace signálu: ONS 15104 je dvousměrný STM-16 regenerátor, Cisco 3512 je L2 přepínač použitý jako regenerátor. Řádky označené hvězdičkou nepoužívají regeneraci na trase, jen dodatečné zesílení pro jednu barvu. Typ Silniční Délka Typ Provoz služby vzdálenost vlákna trasy Regenerace od [km] [km] Praha-Č. Budějovice barva 139 N/A 2,5 G dodavatel 22. 2. 01 Liberec-H. Králové barva 96 N/A 2,5 G dodavatel 21. 1. 02 Ostrava-H. Králové barva 247 N/A 2,5 G dodavatel 1. 2. 02 Č. Budějovice-Brno barva 226 N/A 2,5 G dodavatel 22. 5. 02 Praha-Liberec barva 108 N/A 2,5 G dodavatel 1. 6. 02 Praha-Brno vlákno 202 323,3 2,5 G 3×ONS15104 10. 1. 00 Brno-Olomouc vlákno 81 124,3 2,5 G 1×ONS15104 24. 5. 01 Ostrava-Olomouc vlákno 105 149,0 1 GE 1×Cisco 3512 7. 1. 02 Pardubice-H. Králové vlákno 22 30,0 1 GE ne 15. 1. 02 Praha-Pardubice vlákno 114 188,6 1 GE * 17. 5. 02 Praha-Plzeň vlákno 80 176,7 2,5 G 1×ONS15104 1. 6. 02 Praha-Ústí n. L. vlákno 92 169,6 1 GE * 10. 9. 02 Trasa

Tabulka 4.3: Gigabitové okruhy sítě CESNET2 Z hlediska rozvoje a provozování sítě se ukázalo důležité, do jaké míry je povýšení okruhu závislé na dodavateli. Klasifikaci okruhů shrnuje tabulka 4.4. UU znamená okruh, který uživatel může samostatně povýšit. NIL jsou okruhy bez prvků na trase a BIP signalizuje, že cena okruhu není závislá na přenosové rychlosti. Trasa Délka vlákna [km] BIP NIL UU Praha-Č. Budějovice barva Ne Ne Ne Liberec-H. Králové barva Ne Ne Ne Ostrava-H. Králové barva Ne Ne Ne Č. Budějovice-Brno barva Ne Ne Ne Praha-Liberec barva Ne Ne Ne Praha-Brno 323,3 Ano Ne Ne Brno-Olomouc 124,3 Ano Ne Ne Ostrava-Olomouc 149 Ano Ne Ne Praha-Plzeň 176,7 Ano Ne Ne Pardubice-H. Králové 30 Ano Ano Ano Praha-Pardubice 188,6 Ano Ano Ano Praha-Ústí n. L. 156,2 Ano Ano Ano Tabulka 4.4: Typy gigabitových okruhů sítě CESNET2 Výsledná topologie je uvedena na obrázku z října 2002. Koncem roku 2002 se navíc předávají do provozu vlákna na trase Olomouc-Zlín dlouhé 70,2 km pro realizaci okruhu typu gigabitový Ethernet. Zde se například ukázalo, že je cenově podstatně výhodnější pronajmout vlákna na trase Olomouc-Zlín než Brno-Zlín. Původní okruh 34 Mb/s z Prahy do Ústí n. L. byl přeložen na okruh Plzeň-Ústí n. L.

8.12.2006 9:35


6 of 12

file:///C:/2002.htm

Obrázek 4.5: Stav topologie sítě CESNET2, říjen 2002 (velký obrázek) Páteřní uzly sítě CESNET2 jsou nyní propojeny alespoň dvěma gigabitovými okruhy ke svým sousedům. Výjimkou je Plzeň a Ústí n. L., které jsou navzájem propojeny rychlostí 34 Mb/s (což zatím postačí i při výpadku gigabitového okruhu Praha-Plzeň nebo Praha-Ústí n. L.). Tím vznikla také možnost ověřovat nová technická řešení na skutečně provozovaných okruzích bez většího omezení provozu uzlů. Všechny změny byly provedeny způsobem, který nevyžadoval další nákupy nákladných OC-48 karet (cca 2,5 mil. Kč za kus). Po zkušenostech s časově velmi náročným testováním a hledáním závad na provozních okruzích (obvykle je nezbytná opakovaná doprava zařízení a přístrojů na konce okruhu) bylo s pronajímateli vláken dohodnuto zřízení Prague field fiber testbed s testovacími smyčkami 200, 100, 50 a 25 km zakončenými v sídle sdružení. Připravovaný okruh Praha-Brno 10GE s propojením vláken G.655 (meziměstský úsek) a G.652 (místní úseky) bude v první fázi rovněž testován jako smyčka Praha-Praha.

4.5 První míle První míle optických okruhů je problém, který je zatím v celém světě při výstavbě optických sítí nejobtížnější a často se jej v potřebném čase nepodaří vyřešit vůbec. Obchodní společnosti považují zpravidla oprávněně takovou investici za velmi rizikovou (snad s výjimkou operátorů kabelové televize). Známým a relativně úspěšným řešením je pomoc měst v investicích do vláken, málo měst však již má dobré výsledky (pro ČR to platí ještě více než pro USA a západní a severní Evropu). CESNET se snaží o spolupráci s městy, kabelovými operátory, vlastníky metropolitních nebo regionálních optických sítí i společnostmi pokládajícími optické kabely. Dosavadním výsledkem, který je podle porovnání se zahraničím velmi úspěšný, je podepsání rámcové smlouvy zahrnující realizaci první míle meziměstských okruhů na zakázku (termín realizace je do 6 měsíců podle ročního období a místní situace). Na základě této smlouvy je možné si za velice výhodných cenových podmínek srovnatelných s cenovou úrovní v USA pronajímat optická vlákna jak pro meziměstské trasy, tak pro první míli v lokalitách CESNET2. Dalším zajímavým ustanovením smlouvy je cena za jedno vlákno. Například pro smluvní období 5 let je rovna 60 % měsíční ceny za pár vláken. Při vybudování první míle má CESNET k dispozici další vlákna pro budoucí zpřístupnění svého PoP dalšími optickými okruhy. Tato možnost je obzvláště důležitá ve městech, kde je těžké při stávajících možnostech první míli zajistit. Smlouva umožňuje výstavbu první míle i pro ty body, kde doposud řešení bylo velmi obtížné a zkomplikovalo výstavbu meziměstské trasy (například Plzeň), nebo připojení zákazníků. Předpokládáme, že výstavba první míle bude realizována v souvislosti s meziměstskou trasou. Uvažovanými lokalitami jsou například Brno, Zlín, České Budějovice, Plzeň, Cheb, Česká Třebová, Jindřichův Hradec. V případech souvisejících s meziměstskými zakázkami pak lze výhodně realizovat i místní vláknové okruhy (v Praze byl kontrahován nezávislý druhý okruh do NIXu a propojení na pražský "fiber meeting point" v Sitelu). Při realizaci první míle optickými vlákny jsme se zabývali ověřením nových typů konvertorů, které realizují obousměrný přenos rychlostí 100 Mb/s na jednom jednovidovém vlákně a zároveň zlepšením parametrů připojení vybraných stávajících účastníků. Pro experiment jsme vybrali 3900 m dlouhou trasu CESNET-Národní knihovna (NK). Pro řešení tohoto spoje jsme zajistili zapůjčení karty s FE rozhraním do směrovače Národní knihovny Cisco 4700 a zakoupili konvertory metalika-optika společnosti NBase-Xyplex. Tyto konvertory jsou k dispozici pro Ethernet, Fast Ethernet i gigabitový Ethernet. Vyrábějí se ve variantách pro přenos po dvou i jednom vlákně, zařízení pro přenos na jednom vlákně mají obecně menší dosvit. Zároveň se nabízí možnost realizovat přenos až čtyř gigabitových Ethernetů po jednom páru optických vláken (možnost použít jednu trasu pro několik nezávislých přenosů). Zvolili jsme obousměrný přenos po jednom vlákně, a to s použitím různých vlnových délek pro oba směry. Tento přenosový systém je podle dostupných informací spolehlivější než ten, který využívá k přenosu oběma směry stejnou vlnovou délku. V důsledku povodní v polovině srpna bylo zprovoznění trasy posunuto a plný provoz byl zahájen začátkem října. Celý provoz NK přešel na novou trasu 9. října.

8.12.2006 9:35


7 of 12

file:///C:/2002.htm

Obrázek 4.6: Propojení CESNET-NK pomocí jednoho SM vlákna Tato testovací linka od začátku funguje výborně. S jednovláknovými konvertory se během tří měsíců provozu nevyskytl žádný problém a uživatelé z NK jsou s datovým přenosem velmi spokojeni. V další fázi uvažujeme zřídit jednovláknovou trasu CESNET-Městská knihovna-Státní technická knihovna-Národní knihovna (neboť uvedení zákazníci jsou na trase pronajatého vlákna) a ověřit jednovláknové obousměrné konvertory gigabitového Ethernetu. Z finančního hlediska můžeme konstatovat, že pokud na obou koncích trasy je k dispozici odpovídající směrovač, pak je výhodnější z dlouhodobého hlediska (od dvou měsíců) pronajmout optické vlákno a nakoupit konvertory, než koupit STM-1 službu. Výhodou též je, že není nutné platit dodavateli trasy za případné navýšení rychlosti. První zkušenosti s projektováním a provozováním jednovláknových optických tras ukazují, že je možné tímto způsobem připojit místa, na jejichž připojení párem vláken by nebyl dostatek položených vláken nebo finančních prostředků. Cena pronájmu vlákna v České republice činí 51-70 % ceny pronájmu páru. Při použití konvertorů NBase-Xyplex pro rychlost 100 Mb/s je návratnost investice obvykle od 4 do 10 měsíců a dosvit bez regenerace na trase činí 125 km. Při použití konvertorů pro rychlost 1 Gb/s je návratnost investice zhruba 6 až 15 měsíců. Jednovláknové okruhy mají často nižší ceny než nakupované SDH služby 2-622 Mb/s nebo FE a GE služby, nebo mají lepší parametry, nebo nižší náklady na pozdější zvýšení rychlosti. Uvedené konvertory nedávají možnost zesilování na trase. Jednovláknové okruhy jsou vhodné pro kratší meziměstské trasy a pro připojení zákazníků nebo pracovišť členů. Zatím jsou kontrahovány jednovláknové okruhy Ostrava-Opava (46,7 km, leden 2003) a Ostrava-Karviná (54,4 km, květen 2003). Ve spolupráci s VŠCHT a PASNETem připravujeme jednovláknový okruh VŠCHT Dejvice-Jižní město. Úspora jednoho vlákna představuje obvykle od 0,50 do 5 Kč/m měsíčně podle lokality a pronajímatele. V použití jednovláknových meziměstských tras v NREN budou mít řešitelé projektu pravděpodobně primát (zatím nevíme o žádné provozované jednovláknové trase NREN). Délka Pronájem Pár Pronájem Návratnost vlákna vlákna konvertorů páru [km] [Euro/měsíc] [Euro] [Euro/měsíc] [měsíce] 10 267 5 552 417 37,0 20 467 5 552 833 15,1 30 700 5 552 1 250 10,1 40 933 7 773 1 667 10,6 50 1 167 7 773 2 083 8,5 60 1 400 14 133 2 500 12,8 70 1 633 14 133 2 917 11,0 80 1 867 14 133 3 333 9,6 9 2 100 14 133 3 750 8,6 100 2 333 14 133 4 167 7,7 110 2 310 15 301 4 583 6,7 125 2 625 15 301 5 208 5,9 Příklad realizovaného okruhu: 4,4 880 5 257 1 467 9,0 Tabulka 4.5: Návratnost nákladů na jednovláknové konvertory EM 316WFC/S2 & EM 316WFT/S2 100 Mb/s, SM, 1520&1560 nm, 1-30 km EM 316WFC/S3 & EM 316WFT/S3 100 Mb/s, SM, 1520&1560 nm, 20-50 km EM 316WFC/S4 & EM 316WFT/S4 100 Mb/s, SM, 1520&1560 nm, 40-100 km EM 316WFC/S5 & EM 316WFT/S5 100 Mb/s, SM, 1520&1560 nm, do 125 km Tabulka 4.6: Typy jednovláknových konvertorů (NBase-Xyplex)

8.12.2006 9:35


8 of 12

file:///C:/2002.htm

V příštím roce chceme na delších jednovláknových trasách vyzkoušet konvertory firmy NBase-Xyplex EM 316WFC/S3 & EM 316WFT/S3 s dosahem 20-50 km, EM 316WFC/S4 & EM 316WFT/S4 a EM 316WFC/S5 & EM 316WFT/S5 s dosahem až 125 km. Souběžným výsledkem uvedených prací bylo úspěšné užití konvertorů s dosahem 2 km na vícevidovém vlákně ze sídla CESNETu na fakultu stavební ČVUT (k anténám mikrovlnných okruhů).

Obrázek 4.7: Prodloužení dosahu GE na MM vlákně

4.6 Mikrovlnné okruhy Ve výběrovém řízení na realizaci okruhů do měst, kde bylo potřebna zvýšit rychlost připojení z dosavadních 2 × 2 Mb/s na 34 Mb/s, jsme vybrali mikrovlnné spoje ALGON a vybudovali trasy Ostrava-Opava, Ostrava-Karviná, Ústí n. L.-Děčín s rozhraním Ethernet/Fast Ethernet + E1 v postranním pásmu (celkem lze využít 36 Mb/s) a kombinované optické a mikrovlnné okruhy 34 Mb/s do Jindřichova Hradce a Chebu. Další mikrovlnný okruh 34 Mb/s uvázl na schvalovacím řízení ve Vyškově. Mikrovlnné okruhy 155 Mb/s nebo více takových souběžných okruhů s rozhraním GE lze realizovat přibližně během 2-3 měsíců, pokud vznikne potřeba. Vzhledem k výsledkům v pronajímání a aplikaci vláken a citlivosti na atmosférické poruchy však budou další mikrovlnné okruhy budovány jen v nezbytných případech (například okruhy 10 Mb/s na přání zákazníka či z cenových důvodů). Pokud dojde k úspěšnému připojení vláknem (například Opava), může být původní mikrovlnný okruh ponechán jako záložní nebo reinstalován na jinou trasu. V průběhu roku jsme provedli průzkum ohledně možných dodavatelů mikrovlnných zařízení dosahujících přenosové kapacity 155 Mb/s. Zjistili jsme následující možné dodavatele a zařízení: 1. Coprosys - Ceragon FibeAir 155 Mb/s systém se dodává pro pásma 18-38 GHz chybovost je menší než 10-13 (srovnatelná s chybovostí optického vlákna) cena 1 736 038 Kč + 150 000 Kč instalace (ceny bez DPH) k dodání 4-6 týdnů od podpisu objednávky 2. CBL - Ceragon FibeAir 1528 zařízení pracuje v pásmu 18, 26 a 38 GHz s přenosovou kapacitou 155 Mb/s v plně duplexním režimu určeno pro pro přenos STM-1, ATM, Fast Ethernet a kombinace E1 a E3 cena 1 340 000 Kč + 150 000 Kč instalace k dodání 6-8 týdnů od podpisu smlouvy o dílo 3. CBL - NERA City Link STM-1 zařízení pracuje v pásmu 18, 23 a 25 GHz s maximální přenosovou kapacitou 155 Mb/s v plně duplexním režimu určeno pro pro přenos STM-1, ATM, Fast Ethernet cena cca 2 000 000 Kč + 150 000 Kč instalace k dodání 10 týdnů od podpisu smlouvy o dílo Předpokládáme, že získaný přehled zařízení budeme aktualizovat a využijeme pouze v případě, kdy stávající mikrovlnný okruh 34 Mb/s bude třeba povýšit na 155 Mb/s a nebude možno jej realizovat pronájmem optických vláken.

4.6.1 První míle podle IEEE 802.11a Bezdrátové spoje založené na nové normě IEEE 802.11a dovolují komunikovat rychlostmi 50-100 Mb/s v tzv. volném pásmu 5 GHz. Představují novou generaci dnes běžně užívané bezdrátové technologie založené na normě IEEE 802.11b, která pracuje ve volném pásmu 2,4 GHz a umožňuje přenos dat rychlostí do 11 Mb/s. Zařízení pro bezdrátové spoje mohou pracovat v režimu bod-bod i bod-multibod. Obvykle jsou tvořena přístupovými body (AccessPoint) nebo zařízeními obsahujícími nejčastěji PCMCIA kartu pro bezdrátovou komunikaci (např. počítač PC nakonfigurovaný jako směrovač). Pro vytvoření bezdrátového spoje mezi vzdálenějšími body je nezbytné připojit k bezdrátové kartě externí anténu odpovídajícího zisku a výkonu. Cena přístupového bodu založeného na normě IEEE 802.11b se pohybuje kolem 20 tisíc Kč, cena samotné bezdrátové PCMCIA karty kolem 4 tisíc Kč. Velmi dobrým poměrem cena/výkon je dáno značné rozšíření této technologie. Výrobce Určení www.accton.com 802.11a jen pro USA, Kanadu a Japonsko www.actiontec.com 802.11a jen pro USA, Kanadu a Japonsko www.dlink.com 802.11a jen pro USA www.netgear.com 802.11a jen pro USA, Kanadu a Japonsko www.intel.com 802.11a jen pro USA, Kanadu a Japonsko www.proxim.com 802.11a jen pro USA, Kanadu a Japonsko

8.12.2006 9:35


9 of 12

file:///C:/2002.htm

Tabulka 4.7: Produkty IEEE 802.11a pro pásmo 5,3 Ghz V prvním pololetí řešení úkolu jsme se zorientovali v nabízených zařízeních a zjistili jsme, že žádný výrobce zařízení pracujících v normě IEEE 802.11a nemá k dispozici produkt, který by využíval frekvenčního pásma 5,8 GHz, které bylo jako volné určeno pro evropské země. Výrobci nabízeli pouze produkty určené pro americký trh, pracující v pásmu 5,3 GHz. Oslovili jsme české distributory uvedených výrobců a podle všech zatím není výroba zařízení pro evropské pásmo 5,8 GHz plánována. U většiny z nich nelze "americké" verze ani pořídit. Výjimkou je společnost Barco s. r. o. - oficiální distributor zařízení Proxim, která je schopna "americké" zařízení dodat v těchto cenových relacích: Harmony Access Point 802.11a, 31 500 Kč Harmony CardBus PCMCIA Card 802.11a, 11 500 Kč Pro srovnání ceny obdobných zařízení firmy Intel na americkém trhu jsou tyto: Intel PRO/Wireless 5000 LAN Access Point, 450 USD Intel PCMCIA karta 802.11a, 180 USD Na rozdíl od běžných karet 802.11b (např. Orinoco) nelze zatím k dostupným PCMCIA kartám 802.11a připojit externí anténu, která je pro realizaci vzdálenějšího bezdrátového spoje nezbytná. Vnější anténu lze připojit k přístupovým bodům. Pro pásmo 5 GHz jsou nyní k dispozici antény se ziskem 5, 7 a 12 dB, což je méně, než pro pásmo 2,4 GHz, pro které lze pořídit antény se ziskem i 17, 21 a 24 dB. Společnost Barco nabízí i speciální zařízení firmy Proxim - Tsunami(TM) Wireless Ethernet Bridges, které jako jediné pracuje v povoleném pásmu 5,8 GHz. Dosahuje rychlosti 45 Mb/s plně duplexně. Toto zařízení obsahuje interní anténu a dovoluje připojit i anténu externí. Při použití interní antény se dosah pojítka pohybuje v rozmezí 2-8 km, při použití externí antény překračuje i 10 km (ovšem pak již vyzářený výkon přesahuje mez povolenou ČTÚ). Úroveň vyzářeného výkonu se nastavuje programem. Cena tohoto zařízení pro jeden bod je však značná - Tsunami stojí kolem 400 tisíc Kč a externí anténa 25 tisíc Kč. Ve druhém pololetí jsme udržovali kontakt s českými distributory předních výrobců bezdrátových technologií a hledali zařízení, které by v evropském pásmu dokázalo komunikovat. Situace se částečně zlepšila v tom smyslu, že distributoři potvrzovali plány výrobců dodávat zařízení pro pásmo 5,8 GHz v průběhu roku 2003. Jedním z ohlášených produktů je i přístupový bod Cisco Aironet 1200. V současnosti je dostupný pro pásmo 5,3 GHz, na první čtvrtletí roku 2003 je však ohlášena verze pro pásmo 5,8 GHz. Na rozdíl od nižších řad je tento produkt modulární, takže se do něj vkládají PCMCIA/CardBus karty. Cena samotné PCMCIA karty se pohybuje kolem 500 USD, celkové náklady na vybudování dvoubodového spoje založeného na Cisco Aironet 1200 (tedy dva přístupové body Cisco Aironet 1200 osazené kartami a anténami) by se měly pohybovat kolem 4000 USD. V listopadu došlo k ohlášení dalšího produktu, který je pro splnění záměru tohoto úkolu velice slibný. Jde o kartu Orinoco 802.11a/b ComboCard, s rychlostí do 54 Mb/s na jednom kanále, nebo do 108 Mb/s na dvou kanálech, která komunikuje jednak v normě 802.11b (tedy v pásmu 2,4 GHz), jednak v normě 802.11a (a to v obou pásmech 5,3 i 5,8 GHz). Kartu i přístupový bod je možné už nyní pořídit v USA, v České republice probíhá proces její homologace. Na trhu by se měla objevit v prvním čtvrtletí roku 2003. Cena samotné PCMCIA karty se pohybuje kolem 160 USD, cena přístupového bodu s podporou 802.11a se pohybuje kolem 800 USD. Celkové náklady na vybudování dvoubodového spoje by tedy neměly přesáhnout 3000 USD. Vše nasvědčuje tomu, že v prvním čtvrtletí roku 2003 budou k dispozici přinejmenším dva produkty (Orinoco ComboCard a Cisco Aironet 12000), které bychom mohli využít k dosažení záměru tohoto úkolu - najít takovou bezdrátovou technologii, která bude vhodná pro realizaci vysokorychlostních spojů (50-100 Mb/s) při přijatelných finančních nákladech a možnosti legálního veřejného provozování na území České republiky. Předpokládáme, že tato technologie může být atraktivní pro řadu zájemců o koncové připojení k síti CESNET2. Chceme ověřit reálné schopnosti těchto technologií (spolehlivost, citlivost, dosah, průchodnost) a případně možnost použití vyjímatelných PCMCIA karet v Linuxových směrovačích (jako náhrady firemních přístupových bodů).

4.7 Optická zařízení pro síť CESNET2 4.7.1 Nasazení optických zesilovačů na dálkových trasách sítě CESNET2 Experimenty s EDFA zesilovači v první polovině roku 2002 navázaly na teoretické poznatky získané v době řešení stejnojmenného projektu v roce předchozím. V této části projektu jsme také dosáhli nejvýznamnějších pokroků. Jsou dány zejména tím, že optické zesilovače byly nutné pro osazení některých tras délky nad 80 km (zejména pro gigabitový Ethernet). Během ledna a počátkem února probíhala jednání s firmou Keopsys o testech jejích EDFA zesilovačů v podmínkách sítě CESNET2. Našim cílem bylo zejména vyzkoušet možnosti provozu v režimu, kdy na trase není žádný prvek (někdy označováno "nothing-in-line" nebo "repeaterless line"). Tento režim výrazně zjednodušuje údržbu trasy v provozních podmínkách a také představuje zajímavý a technicky nový směr. Paralelně jsme na úrovni sledovacího výzkumu prováděli výzkum v oblasti 10GE a možnosti jeho nasazení v praxi. Ve druhé polovině února se podařilo domluvit testovací dny EDFA technologie Keopsys.

8.12.2006 9:35


10 of 12

file:///C:/2002.htm

Stručné technické závěry testování jsou následující: EDFA zesilovače lze ve formě výkonového zesilovače nasadit v podmínkách CESNETu na optických trasách do vzdálenosti 188 km bez významného nárůstu chybovosti. Překlenutelná hodnota útlumu pro 18 dBm výkonový zesilovač je 46 dB. Na výše uvedenou trasu s danou délkou lze v konfiguraci s výkonovým zesilovačem nasadit jak technologii POS 2,5 Gb/s, tak i gigabitový Ethernet používající moduly s dalekým dosvitem. Všechny technologie musí používat vlnovou délku 1550 nm. V kombinaci s EDFA výkonovým zesilovačem lze použít i EDFA předzesilovač. Při této kombinaci lze dosáhnout hodnoty překlenutelného útlumu okolo 60 dB, což odpovídá přibližně 230 km optické trasy. Podmínkou je však zařazení optického filtru za předzesilovač pro odstranění šumového spektrálního okolí, které je dáno fyzikální podstatou funkce zesilovače a je tedy vždy na výstupu přítomné. Součástí experimentů byl také pokus s Ramanovským zesilovačem. S ním bylo možné pokrýt přídavný útlum 15 dB, což v kombinaci s ostatními zesilovači (EDFA výkonový zesilovač na vstupu, EDFA předzesilovač na výstupu trasy) umožňuje překlenout celkovou vzdálenost do 290 km.

Obrázek 4.8: Testovací konfigurace pro GE, pouze výkonový zesilovač

Obrázek 4.9: Testovací konfigurace pro GE, výkonový zesilovač a předzesilovač

Obrázek 4.10: Testovací konfigurace pro GE, výkonový zesilovač, předzesilovač a Ramanovská pumpa Testy prakticky ukázaly funkčnost EDFA technologie. Bezprostředně poté jsme objednali celkem tři EDFA výkonové zesilovače se saturačním výkonem 21 dBm - dva pro rutinní provoz na trasu Praha-Pardubice a jeden do laboratoře, který bude sloužit jak pro další experimenty, tak i jako záloha. Oba zesilovače jsme v součinnosti s provozním útvarem nainstalovali do rutinního provozu na výše zmiňované trase. Instalace proběhla bez problémů, výstupní výkon byl nastaven na 19 dBm. Dle monitoringu sítě se jevila jejich funkce zatím jako zcela bezproblémová, bez navýšení chybovosti přenášených rámců gigabitového Ethernetu. Trasa Praha-Pardubice byla dále monitorována, abychom zjistili chování optických zesilovačů v dlouhodobém ostrém provozu. Trasa vykazovala velmi dobré vlastnosti a proto jsme přistoupili k osazení druhé trasy Praha-Ústí n. L. dvěma EDFA výkonovými zesilovači 24 dBm. Použitou technologií byl opět gigabitový Ethernet. Na této trase se začaly objevovat problémy - karta v novém směrovači Cisco 7609 se při připojení na trasu s optickými zesilovači začala chovat nestandardně a výsledkem byla ztráta veškeré konektivity. Jak se později ukázalo, příčinou byly krátkodobé výpadky (30 ms) signálu, způsobené chybou ve firmware optických zesilovačů Keopsys. Výrobci Keopsys i Cisco odstranili softwarové chyby a v současné době jsou obě trasy v bezchybném provozu. Ve druhém pololetí jsme také začali ve větší míře používat simulační programy Optisim a Artis, zejména pro simulaci testů na 10 Gb/s (skutečné experimenty nebylo možné provést, protože nebyl k dispozici potřebný hardware). Při těchto přenosových rychlostech se stává limitujícím faktorem chromatická disperze a je tedy nutné najít optimální způsob její kompenzace.

8.12.2006 9:35


11 of 12

file:///C:/2002.htm

Obrázek 4.11: Schéma pro simulování vlivu kompenzace chromatické disperze

Obrázek 4.12: BER jako funkce vstupního výkonu, post-kompenzace disperze

4.7.2 Příprava užití WDM v síti CESNET2 V případě nasazení vlnových multiplexů jsme se v prvním pololetí soustředili na získání dostupných informací o této technologii a také jsme zjišťovali, zda by bylo možné vyzkoušet zařízení některých výrobců přímo v síti CESNET2. Podařilo se domluvit zapůjčení zařízení firem Cisco a Pandatel. Ve druhém pololetí jsme testovali DWDM systémy firem Cisco a Pandatel na provozní trase Brno-Olomouc. Optická vlákna na této lince jsou dlouhá cca 115 km, což je vzdálenost, kde se při používaných přenosových technologiích ještě zcela neprojeví vliv chromatické disperze optického vlákna. Přitom se jedná o vzdálenost, která je již mimo přímý dosah běžných DWDM zařízení a je tedy nutno použít optický zesilovač. Jako první byl testován systém Cisco 15540, a to s optickými zesilovači Cisco 15501 i s optickými zesilovači Keopsys. K dispozici byly čtyři sousedící kanály s transpondéry konfigurovatelnými od Fast Ethernetu přes SDH STM-1, STM-4 po STM-16 a gigabitový Ethernet. Použili jsme 1 kanál STM-16 pro připojení běžného provozu, 1 kanál gigabit Ethernet, který jsme testovali pomocí analyzátoru Schomiti a 2 kanály STM-1, na kterých jsme testovali bitovou chybovost pomocí analyzátoru HP 37717. Konfigurace tohoto zařízení je velmi pohodlná, protože obsahuje standardní Cisco IOS. Stejně jsme postupovali i při testování systému Cisco 15200, který je menší (a tedy i cenově zajímavější). K dispozici jsme měli jeden modulární multiplex Cisco 15252 a tři jednokanálové multiplexy Cisco 15201. I toto řešení se ukázalo jako zcela funkční. Je vhodné zejména pro odbočení jednoho kanálu v průběhu trasy. Výhodou tohoto zařízení je to, že v případě výpadku napájení zůstávají tranzitní kanály v provozu. Konfigurace systému už není tak komfortní, jako u Cisco 15540.

Obrázek 4.13: Testovací konfigurace Cisco 15540

8.12.2006 9:35


12 of 12

file:///C:/2002.htm

Obrázek 4.14: Testovací konfigurace Cisco 15200 Při testování DWDM systému Pandatel Fomux 3000 jsme použili pouze zesilovače Keopsys, protože výrobce optické zesilovače nevyrábí. I v tomto případě bylo možné použít zesilovače určené pro zesilování jednoho kanálu s úspěchem. Objevily se však problémy s výkonovým přizpůsobením jednotlivých karet (SDH a gigabitový Ethernet), proto se tento systém nejeví jako příliš perspektivní pro případné nasazení v síti. Cílem bylo také zjistit, zda je možné použít optické zesilovače Keopsys určené pro jednokanálové přenosy společně s DWDM systémem s relativně malým počtem kanálů (4 až 8). Výsledky naše očekávání potvrdily a trasa fungovala bezchybně při použití obou typů zesilovačů. Lze tedy konstatovat, že testované systémy lze nasadit do provozu a také jsme ověřili vzájemnou interoperabilitu testovaných zařízení jednotlivých výrobců. Pro všechny testované systémy jsme měřili také spektrální charakteristiky. Na obrázku 4.15 můžeme pozorovat vznik čtyřvlného směšování a vlastní fázové modulace, způsobené velkým výkonem navázaným do vlákna. V tomto případě už přenos informace nebyl možný (příliš velké zkreslení).

Obrázek 4.15: Spektrální charakteristiky Cisco 15540 pro vstupní výkon 30 dBm, před přijímačem

4.7.3 Komponenty pro přepínaní na optické vrstvě Poslední oblast se týká optického přepínání. Vzhledem k tomu, že tento typ zařízení je drahý a není běžně dostupný, práce zatím probíhají v teoretické rovině (rešerše, počítačové simulace). Prezentovali jsme problematiku optických přepínačů a problematiku optických sítí na interním semináři řešitelů optické skupiny. V dubnu jsme se zúčastnili konference ICTON s příspěvkem na téma optického přepínání. S firmou Sloane Park Property Trust, a. s. jsme domluvili možnost krátkodobého i dlouhodobého pronájmu vybrané optické trasy na naše testování. Máme k dispozici mapu položených tras s jejich parametry, na základě nichž můžeme sestavit testovací smyčku dle potřeby. Zabývali jsme se možnostmi přenosu 10GE na vzdálenost až 800 km. Po teoretickém rozboru jsme uvedenou trasu simulovali a výsledky prezentovali na nejbližším setkání řešitelů projektů. Dále jsme se soustředili na možnosti nasazení optických přepínačů v optické infrastruktuře CESNETu. Zkoumali jsme dostupnost a ceny jednotlivých komponent. Provedli jsme také orientační srovnání ceny systému založeného na základě WDM a CWDM technologie. V listopadu jsme provedli měření na WDM multiplexoru 1330/1550 nm. Toto měření sloužilo pro demonstrativní ověření přenosu po jednom vlákně v přístupových sítích. Vyhotovili jsme konkrétní poptávku po ceně, dostupnosti a možnosti spolupráce při nasazení optického přepínače v testovací části sítě CESNET. Tuto poptávku jsme rozeslali vybraným výrobcům a vyhodnocujeme odpovědi.

8.12.2006 9:35

4 Optické sítě a jejich rozvoj

Recommend Documents